基于光熱風電聯合運行的電力系統經濟調度策略研究

柴淵祎

（陜西龍源新能源有限公司，陜西 西安 710076）

1 光熱儲能電站運行原理

本文研究塔式光熱發電運行原理，該發電系統主要由4 個部分組成，分別是汽輪發電機組、熱交換裝置、儲熱裝置以及聚光集熱裝置，通常采取熔融鹽來對能量進行傳遞。

對于導熱工質通過太陽能進行加熱，根據熱力循環會有蒸汽產生，以此使得汽輪機進行發電。如果汽輪機發電機組需要的蒸汽量低于產生的蒸汽時，儲熱裝置會通過高溫熔鹽的形式把多余的熱能進行儲存，后續在負荷高峰時或者是光照不足時進行使用。

2 聯合運行經濟調度

2.1 聯合調度

為了對風電出力波動問題進行解決，可聯合風電和光熱調度。把光熱-風電聯合接入到電網，根據光熱儲熱容量，光熱與風電預測出力以及決策周期內負荷預測曲線等進行調度，對光熱-風電聯合系統的運行位置進行優化確定，得到凈負荷曲線，進而能夠得到火電機組在負荷高峰時的最小開機容量以及系統的有效調峰容量。

2.2 聯合經濟模型

在現階段風電并網成本較高，容量有限，出力穩定情況下對聯合并網的經濟效益進行分析，另外，對于光熱儲能可調節性以及光熱和風電出力互補性進行充分利用，根據兩者的協調調度，使其輸出的波動最小，以此來對經濟調度模型進行建立。

2.2.1 目標函數

目標函數1：火電綜合調峰成本最低。

在上述公式（1）中，Si表示系統中第i 臺發電機組的啟動費用，Ci（Pit）表示i 機組在t 時刻的運行費用，Pit表示第i 臺機組在t 時刻的有功出力，N表示火電機組臺數，T表示調度周期，f1表示火電調峰成本函數，其中Ci（Pit）表達式如下公式（2）。

在上述公式（2）中，ai，bi以及ci表示的為機組耗量成本系數。

目標函數2：聯合系統輸出功率波動最小，即方差最小。

在上述公式中，Pcsp-t表示t 時刻光熱實際出力，Pwind-t表示t 時刻風電實際出力，Pwc-av表示計算周期T 內聯合出力平均值，Pwc-t表示t 時刻聯合出力。

2.2.2 約束條件

（1）CSP 系統功率約束

在上述公式（6）中，Plt表示t 時刻的負荷功率。

（2）光熱儲能電站約束

機組出力約束如下所示：

爬坡約束為：

在上述公式（8）中，RDcsp-t、RUcsp-t分別表示機組在t 時刻的向上下的最大爬坡能力。

儲熱容量約束為：

3 模型求解

優化光熱-風電聯合調度，具體如下。

把光熱和風電聯合運行處理根據1 個周期24h 內風電、光熱以及內負荷變化劃分4 個區間，如下所示。

（1）光熱在白天有光照t 為8～9 時內，先進行蓄熱。

（2）當t 在9～15 時內，一般風電比較小，負荷較大。通過聯合調度策略，在光照充足時一邊進行發電一邊進行蓄熱，不足時，對于光熱輸出功率可根據蓄熱調節來保持穩定。如果聯合實際出力比計劃出力的下限低時，需要對火電機組出力進行增大。

（3）當t 在15～17 時內，風電出力會慢慢地加大，具體可根據光照強度與風電出力，再與計劃出力結合，以此來對光熱發電或蓄熱進行確定。

（4）當t 在17 時之后，太陽輻射強度滿足不了光熱發電，根據儲熱來調節風電，風電出力減少時對于光熱出力進行加大，反之減少出力，以此來對聯合輸出的穩定進行保證。當聯合實際出力比計劃出力上限大時，可適當的進行棄風。

4 算例分析和結果

為了對模型可行性進行驗證，開展仿真分析火電機組，光熱與風電組成的系統，設置周圍為24h。系統負荷如表1 所示。設置光熱儲能電站額定容量為100MW，風電裝機容量為240MW，詳細參數如表2 所示。

表1 各時段負荷預測功率

表2 光熱儲能電站參數

4.1 風電獨立運行

凈負荷在對棄風不考慮時的曲線如圖1 所示，通過下圖能夠看出，風電出力在t 為1～6 時與17～20 時內比較大，但負荷在這2 個時段處在低谷，當t 在9～15 時內，風電出力比較小，負荷比較大。由此風電出力的反調峰特性比較明顯。

圖1 凈負荷在風電場獨立運行時的曲線

4.2 聯合運行

光熱在t 為8～9 時內光熱不發電，只蓄熱，在9～15時內風電出力比較小，負荷比較大，聯合輸出比較大。風電出力在1～8 時內最小為100MW，最大為200MW，為了降低運行費用，聯合輸出在150-190MW 之間較為經濟。聯合運行優化輸出如表3 所示。總費用為380673 美元，相比于風電獨立運行，費用有所降低。

表3 聯合運行結果

5 結語

本文根據風電入網提出光熱與風電聯合調度策略，以聯合輸出波動最小與火電運行成本最低為目的，建立聯合經濟調度模型。對于風電系統調度在光熱電站通過算例進行分析對比，結果顯示該模型可行，在風電并網中，引入光熱儲能電站，并通過聯合調度，對于風電波動帶來的峰谷差能夠有效地進行減小，從而對運行成本進行降低。另外，對聯合系統的輸出功率進行控制，能夠有效地提升并網之后的效益。